包括新型官能化的丙烯酸類的無(wú)機(jī)復(fù)合涂層的制作方法
【專利說(shuō)明】包括新型官能化的丙稀酸類的無(wú)機(jī)復(fù)合涂層
[oow] 相關(guān)申請(qǐng) 柳〇引 無(wú)
[0003] 關(guān)于聯(lián)邦資助研究的聲明
[0004] 無(wú)
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明一般性設(shè)及防腐蝕保護(hù)涂層，并且尤其是設(shè)及作為溶膠-凝膠組合物的防 腐蝕保護(hù)涂層組合物，所述溶膠-凝膠組合物包含一種或多種娃醇前體、促進(jìn)硅烷水解的 酸和具有含氮有機(jī)官能團(tuán)的基于丙締酸類的共聚物；本發(fā)明還設(shè)及其制備和使用方法，W 及使用所述組合物涂覆的金屬。
【背景技術(shù)】
[0006] 未經(jīng)處理的金屬表面易受腐蝕，運(yùn)可能導(dǎo)致表面生誘、變?nèi)酢⒆兩推茐?。因此?常通過(guò)各種方法處理金屬基材W使表面具有較小反應(yīng)性和更耐腐蝕。此外，金屬表面通常 隨后涂覆有裝飾性或其它保護(hù)性涂層例如樹(shù)脂涂層、底漆、油漆和進(jìn)行其它表面處理。
[0007] 腐蝕的通常機(jī)理是當(dāng)大氣氧氧化金屬基材的金屬時(shí)產(chǎn)生電流。在電催化位點(diǎn)電子 從金屬轉(zhuǎn)移到氧上導(dǎo)致形成各種金屬氧化物腐蝕產(chǎn)物?？墒褂酶鞣N處理來(lái)防止金屬表面的 腐蝕，所述金屬例如冷社鋼、熱社鋼、鋒、侶及其合金、鋒涂覆的鋼、鋒合金涂覆的鋼、侶涂覆 的鋼和侶合金涂覆的鋼。運(yùn)些處理包括暫時(shí)性油基防誘劑、憐酸鹽轉(zhuǎn)化涂層、無(wú)機(jī)和有機(jī)純 化劑、油漆W及它們的組合。
[0008] 暫時(shí)性油基防誘劑用于提供短期腐蝕保護(hù)并且容易除去。它們不適合單獨(dú)用于 中期或長(zhǎng)期腐蝕保護(hù)，并且當(dāng)與其它涂料組合時(shí)，可使表面不可涂覆，并且就其處理性質(zhì)而 言，不適合用于最終消費(fèi)產(chǎn)品。
[0009] 憐酸鹽轉(zhuǎn)化涂層提供較好的腐蝕保護(hù)和可涂布性，但是需要在相當(dāng)酸性的條件下 操作，運(yùn)由于難W處理應(yīng)用化學(xué)品而是不希望的，由于產(chǎn)生污泥而廢物處理更麻煩，而且極 其損耗設(shè)備。運(yùn)類轉(zhuǎn)化涂層通常需要后續(xù)處理W使效果最大化。
[0010] 無(wú)機(jī)和有機(jī)純化劑（例如通常施加至金屬卷料的那些）提供高度腐蝕保護(hù)，但是 具有若干缺點(diǎn)。許多運(yùn)樣的產(chǎn)品要么包含銘，要么是強(qiáng)酸性的，或者二者均具備。含銘涂料 和純化劑由于對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響和更麻煩的廢物處理，因而是不理想的。強(qiáng)酸性處理還易 于腐蝕處理裝置并產(chǎn)生工人暴露運(yùn)樣環(huán)境的問(wèn)題。
[0011] 涂料的另一問(wèn)題是在涂覆后基材的熱處理后或在包括暴露至堿性清洗劑、憐酸溶 液或溶劑的其它常規(guī)處理后在涂層上產(chǎn)生黃化或黃色調(diào)。
[0012] 非常需要開(kāi)發(fā)作為有效腐蝕保護(hù)涂料而沒(méi)有運(yùn)些負(fù)面問(wèn)題的組合物。本申請(qǐng)人已 經(jīng)研制出降低減少除了上述缺陷中的一種或多種的溶膠-凝膠涂層組合物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明提供一種溶膠-凝膠組合物，其包含至少一種促進(jìn)硅烷水解的 酸、至少一種娃醇前體組分、具有含氮有機(jī)官能團(tuán)的基于丙締酸類的共聚物，W及任選存在 的一種或多種其它組分例如腐蝕抑制劑或表面活性劑。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括一種溶膠-凝膠涂層組合物，其包含：a) -種或多 種促進(jìn)硅烷水解的酸；b)至少一種娃醇前體；和C) 10-35重量％的具有含氮有機(jī)官能團(tuán)的 基于丙締酸類的共聚物，基于除了水和溶劑的重量之外的溶膠-凝膠組合物的總重量，任 選地還包含饑源。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括W約0. 5-15重量％的量存在的含氮有機(jī)官能團(tuán)， 基于W干固體計(jì)的基于丙締酸類的共聚物的總重量。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述含氮有機(jī)官能團(tuán)是包括氮原子和至少一種額外的雜原子 的有機(jī)官能團(tuán)，所述額外的雜原子選自第二氮原子、氧原子和硫原子。理想地，含氮有機(jī)官 能團(tuán)包括硫脈、嚷挫和咪挫中的一種或多種。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種娃醇前體選自W下組：娃酸醋、烷基烷氧基硅烷 和有機(jī)官能化硅烷。理想地，其中所述至少一種娃醇前體包括正娃酸四乙醋、甲基=乙氧基 硅烷、3-縮水甘油酸氧基丙基=乙氧基硅烷W及氨基乙基氨基丙基=甲氧基硅烷中的至少 一種。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述一種或多種促進(jìn)硅烷水解的酸W足W水解組分b)的量 存在；b)所述至少一種娃醇前體W約55-約85重量％的量存在，基于除了溶劑和水之外的 溶膠-凝膠組合物的總重量；和C)所述具有含氮有機(jī)官能團(tuán)的基于丙締酸類的共聚物W約 10-約25重量％的量存在，基于除了溶劑和水之外的溶膠-凝膠組合物的總重量。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述含氮有機(jī)官能團(tuán)通常優(yōu)選W1-10重量％的量存在于基 于丙締酸類的共聚物中，基于含氮有機(jī)官能團(tuán)的總重量，相對(duì)于W干固體計(jì)的基于丙締酸 類的共聚物的總重量。
[0020] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括涂覆金屬表面的方法，包括：a.任選地清洗具 有至少一個(gè)金屬表面的金屬基材，所述表面的至少一部分任選地包括化學(xué)性粘附于其上 的金屬氧化物；b.使所述至少一個(gè)金屬表面與根據(jù)本發(fā)明的溶膠-凝膠涂層組合物接觸； C.在所述至少一個(gè)金屬表面上原位干燥所述溶膠-凝膠涂層組合物，從而使所述溶膠-凝 膠涂層組合物與金屬表面反應(yīng)，由此在金屬表面上形成化學(xué)性粘附的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂 層，其包括娃基聚合物鏈和基于丙締酸類的聚合物鏈。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬氧化物存在于金屬基材上，所述金屬基材包括侶或其合 金，并且所述金屬氧化物包括二氧化鐵和/或二氧化錯(cuò)。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施方案中，將所述溶膠-凝膠涂層組合物W連續(xù)方法施用。理想地，接觸 步驟后可立刻進(jìn)行鍛鋒處理，且所接觸的金屬表面包括鍛鋒后金屬。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施方案中，在干燥步驟C的至少一段期間，所述金屬表面具有在約 40°C-約150°C范圍內(nèi)的峰值金屬溫度。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括涂覆后金屬基材，其包括：a.至少一個(gè)金屬表面； b.沉積在或化學(xué)性粘附在所述至少一個(gè)金屬表面上的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合涂層，所述有機(jī)-無(wú) 機(jī)復(fù)合涂層包含溶膠-凝膠組合物與金屬表面的反應(yīng)產(chǎn)物和溶膠-凝膠的縮合產(chǎn)物，任選 地還包含饑。
[00巧]在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括用根據(jù)本發(fā)明的組合物和方法涂覆的涂覆后金屬 基材的制品，所述制品選自汽車組件、建筑元件、家用電器和電子器件。
[00%] 在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括一種溶膠-凝膠涂布組合物，其包含至少一種促 進(jìn)硅烷水解的酸；至少一種娃醇前體組分，該娃醇前體組分理想地包括烷氧基硅烷，并且優(yōu) 選包括選自W下組的一種或多種娃醇前體：正娃酸四乙醋、甲基=乙氧基硅烷、3-縮水甘 油酸氧基丙基=乙氧基硅烷；W及具有至少一個(gè)含氮有機(jī)官能團(tuán)的基于丙締酸類的共聚 物，所述至少一個(gè)含氮有機(jī)官能團(tuán)選自硫脈、嚷挫和咪挫。
[0027] 所述基于丙締酸類的共聚物上的含氮有機(jī)官能團(tuán)W足W提供改善耐腐蝕性的量 存在（相對(duì)于包括沒(méi)有含氮官能團(tuán)的基于丙締酸類的共聚物的同樣的溶膠-凝膠涂層）。
[0028] 本發(fā)明的運(yùn)些及其它特性和優(yōu)點(diǎn)從W下的詳細(xì)描述對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更清 楚。
[0029] 除了權(quán)利要求書(shū)和工作實(shí)施例之外，或者除非另有明確說(shuō)明，本說(shuō)明書(shū)中表示材 料的數(shù)量或反應(yīng)條件和/或用途的所有數(shù)量值應(yīng)當(dāng)理解為由詞語(yǔ)"約"來(lái)修飾W描述本發(fā) 明的最寬范圍。通常優(yōu)選在所述數(shù)值范圍內(nèi)實(shí)施。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)所提供的數(shù)值 范圍意指包括所有的子范圍，即意指該范圍包括在所述范圍內(nèi)的所有子范圍，例如Cl1。還 公開(kāi)了Czie、Cig和Cs7,W及1-100的范圍還公開(kāi)了 1-99J-100和45-50。此外，在本說(shuō)明 書(shū)中，除非有相反的明確表示，百分?jǐn)?shù)、"份數(shù)"，W及比值都是W重量計(jì)；術(shù)語(yǔ)"聚合物"包括 "低聚物"、"共聚物"、聚物"等；作為對(duì)于本發(fā)明相關(guān)的既定目的合適的或優(yōu)選的材料的 組或類的描述意指暗示該組或該類的成員中的任何兩種或多種的混合物是同樣適合或優(yōu) 選的，化學(xué)術(shù)語(yǔ)成分的說(shuō)明是指在添加到本說(shuō)明書(shū)規(guī)定的任何組合時(shí)的成分，或通過(guò)說(shuō)明 書(shū)中規(guī)定的化學(xué)反應(yīng)原位產(chǎn)生的成分，并且無(wú)須排除一旦混合時(shí)混合物的各組分之間的其 它化學(xué)相互作用；離子形式的材料的說(shuō)明還暗示存在足W產(chǎn)生使整個(gè)組合物電中性的抗衡 離子（因此隱含描述的任意抗衡離子優(yōu)選盡可能的選自W離子形式明確描述的其它組分； 或者可自由選擇運(yùn)些抗衡離子，除了避免對(duì)本發(fā)明的目的產(chǎn)生不利作用的抗衡離子之外）； 術(shù)語(yǔ)"油漆"及其所有的語(yǔ)